Uma equipe de astrônomos detectou pela primeira vez um planeta em crescimento fora do nosso sistema solar, embutido em uma lacuna limpa de um disco multianel de poeira e gás.
A equipe, liderada pelo astrônomo da Universidade do Arizona, Laird Close, e por Richelle van Capelleveen, uma aluna de graduação em astronomia no Observatório de Leiden, na Holanda, descobriu o exoplaneta único utilizando o sistema de ótica adaptativa extrema MagAO-X da Universidade do Arizona no Telescópio Magellan, no Chile, no Telescópio de Grandes Binóculos da Universidade do Arizona e no Muito Grande Telescópio do Observatório Europeu do Sul, também no Chile. Os resultados foram publicados na The Astrophysical Journal Letters.
Por anos, astrônomos observaram várias dezenas de discos de formação planetária de gás e poeira ao redor de estrelas jovens. Muitos desses discos exibem lacunas em seus anéis, sugerindo a possibilidade de que estejam sendo “desbravados” por planetas em formação próximos, ou protoplanetas, como faixas sendo limpas por um limpador de neve. No entanto, até o momento, apenas três protoplanetas jovens em crescimento foram descobertos, todos nas cavidades entre uma estrela hospedeira e a borda interna de seu disco protoplanetário adjacente. Até esta descoberta, nenhum protoplaneta havia sido visto nas lacunas proeminentes do disco – que aparecem como anéis escuros.
“Dezenas de artigos teóricos foram escritos sobre essas lacunas observadas sendo causadas por protoplanetas, mas ninguém nunca encontrou um definitivo até hoje”, disse Close, professor de astronomia da Universidade do Arizona. Ele considera a descoberta uma “grande conquista”, pois a ausência de descobertas de planetas em locais onde eles deveriam estar levou muitos na comunidade científica a invocar explicações alternativas para o padrão de anéis e lacunas encontrado em muitos discos protoplanetários.
“Tem sido um ponto de tensão, na verdade, na literatura e na astronomia em geral, que temos essas lacunas realmente escuras, mas não conseguimos detectar os exoplanetas fracos nelas”, disse. “Muitos duvidaram que protoplanetas consigam criar essas lacunas, mas agora sabemos que, de fato, podem.”
Há 4,5 bilhões de anos, nosso sistema solar começou como um desses discos. À medida que a poeira se aglomerava em grupos, absorvendo o gás ao seu redor, os primeiros protoplanetas começaram a se formar. No entanto, como exatamente esse processo ocorreu ainda é amplamente um mistério. Para encontrar respostas, os astrônomos têm observado outros sistemas planetários que ainda estão em sua infância, conhecidos como discos de formação planetária ou discos protoplanetários.
A equipe de Close aproveitou um sistema de ótica adaptativa, um dos mais formidáveis de seu tipo no mundo, desenvolvido e construído por Close, Jared Males e seus alunos. Males é um astronomo associado no Steward Observatory e o investigador principal do MagAO-X. O MagAO-X, que significa “Sistema de Óptica Adaptativa do Magellan eXtreme”, melhora drasticamente a nitidez e a resolução das imagens do telescópio ao compensar a turbulência atmosférica, o fenômeno que faz com que as estrelas pisquem e fiquem embaçadas, e que é temido pelos astrônomos.
Suspeitando que deveriam existir planetas invisíveis escondidos nas lacunas dos discos protoplanetários, a equipe de Close pesquisou todos os discos com lacunas e os sondou em busca de uma emissão específica de luz visível conhecida como hidrogênio alfa ou H-alfa.
“À medida que os planetas se formam e crescem, eles absorvem gás hidrogênio de seus arredores, e à medida que esse gás desce sobre eles como uma queda d’água gigante vindo do espaço e atinge a superfície, cria plasma extremamente quente, que, por sua vez, emite essa assinatura de luz H-alfa particular”, explicou Close. “O MagAO-X é especialmente projetado para procurar gás hidrogênio caindo sobre jovens protoplanetas, e é assim que conseguimos detectá-los.”
A equipe utilizou o Telescópio Magellan de 6,5 metros e o MagAO-X para sondar WISPIT-2, um disco que van Capelleveen descobriu recentemente com o VLT. Visto em luz H-alfa, o grupo de Close encontrou um ponto de luz aparecendo dentro da lacuna entre dois anéis do disco protoplanetário ao redor da estrela. Além disso, a equipe observou um segundo candidato a planeta dentro da “cavidade” entre a estrela e a borda interna do disco de poeira e gás.
“Assim que ligamos o sistema de ótica adaptativa, o planeta se destacou imediatamente”, disse Close, que considerou esta uma das descobertas mais importantes de sua carreira. “Após combinar duas horas de imagens, ele simplesmente apareceu.”
Segundo Close, o planeta, designado como WISPIT 2b, é um exemplo muito raro de um protoplaneta em processo de acreção de material. Sua estrela hospedeira, WISPIT 2, é semelhante ao Sol e possui aproximadamente a mesma massa. O candidato a planeta interno, apelidado de CC1, possui cerca de nove massas de Júpiter, enquanto o planeta externo, WISPIT 2b, pesa em torno de cinco massas de Júpiter. Essas massas foram inferidas, em parte, a partir da luz infravermelha térmica observada pelo Telescópio de Grandes Binóculos de 8,4 metros da Universidade do Arizona, no Monte Graham, no Sudeste do Arizona, com a ajuda do aluno de graduação em astronomia da U of A, Gabriel Weible.
“É um pouco como nossos próprios Júpiter e Saturno teriam parecido quando eram 5.000 vezes mais jovens do que são agora”, disse Weible. “Os planetas no sistema WISPIT-2 parecem ser cerca de 10 vezes mais massivos do que nossos próprios gigantes gasosos e mais espalhados. Mas a aparência geral provavelmente não é tão diferente do que um ‘astrônomo alienígena’ próximo poderia ter visto em uma ‘foto de bebê’ do nosso sistema solar tirada há 4,5 bilhões de anos.”
“Nosso sistema de ótica adaptativa MagAO-X é otimizado como nenhum outro para funcionar bem na faixa de comprimento de onda H-alfa, então você pode separar a luz estelar brilhante do protoplaneta fraco”, disse Close. “Ao redor de WISPIT 2, você provavelmente tem dois planetas e quatro anéis e quatro lacunas. É um sistema incrível.”
CC1 pode orbitar entre 14 e 15 unidades astronômicas – com uma UA equivalente à distância média entre o Sol e a Terra, o que o colocaria a meio caminho entre Saturno e Urano, se fosse parte do nosso sistema solar, de acordo com Close. WISPIT-2b, o planeta que está criando a lacuna, está mais distante, a cerca de 56 UA, que em nosso próprio sistema solar, estaria bem além da órbita de Netuno, em torno da borda externa do Cinturão de Kuiper.
Um segundo artigo publicado em paralelo e liderado por van Capelleveen e pela Universidade de Galway detalha a detecção do planeta no espectro de luz infravermelha e a descoberta do sistema multianel com o sistema de ótica adaptativa SPHERE do telescópio VLT de 8 metros.
“Para ver planetas no breve momento de sua juventude, os astrônomos precisam encontrar sistemas de discos jovens, que são raros”, disse van Capelleveen, “porque é a única vez que eles realmente são mais brilhantes e, portanto, detectáveis. Se o sistema WISPIT-2 tivesse a idade do nosso sistema solar e usássemos a mesma tecnologia para olhá-lo, não veríamos nada. Tudo estaria muito frio e muito escuro.”
Esta pesquisa foi apoiada em parte por uma concessão do Programa de Pesquisa de Exoplanetas da NASA. O MagAO-X foi desenvolvido em parte por uma concessão da Fundação Nacional de Ciência dos EUA e pelo generoso apoio da Fundação Heising-Simons.